header-logo2.png FindHouse

با راه رفتن برق تولید کنید

با راه رفتن برق تولید کنید
محققان به روش جدیدی دست‌یافته‌اند که می‌تواند ظرفیت تولید انرژی مواد پیزوالکتریک را به‌طور چشمگیری افزایش داده و به‌عنوان‌مثال از راه رفتن انسان‌ها برق تولید کند.

با راه رفتن برق تولید کنید

بر اساس مطالعه اخیر منتشرشده در مجله Engineering Reports، محققان روش جدیدی برای ساده‌سازی تولید برق از پیاده‌روی در خیابان ایجاد کرده‌اند.

مواد پیزوالکتریک مدت‌هاست که وجود دارند، اما تولید انرژی کافی از آن‌ها برای دستگاه‌های الکترونیکی بزرگ همچنان یک چالش باقی‌مانده است.

به‌طور خاص، استفاده از مفهوم "قطبش درجه‌بندی‌شده" به معنی استفاده از انواع مختلف فشارهای مکانیکی بر روی یک ماده پیزوالکتریک، نوید تولید انرژی بیشتری را ازآنچه قبلاً تصور می‌شد، داده است.

یکی از ویژگی‌های غیرمعمولی که برخی سرامیک‌ها و پلیمرها از خود نشان می‌دهند، پدیده پیزوالکتریک یا "اثر فشاربرقی" است.

با اعمال نیروی خارجی، دوقطبی‌های این سرامیک‌ها تحریک می‌شوند و میدان الکتریکی ایجاد می‌شود. وارونه کردن اثر نیرو (مثلاً از کششی به فشاری) جهت میدان را معکوس می‌کند.

از مواد پیزوالکتریک در مبدل‌ها و وسایلی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند یا برعکس استفاده می‌شود  کاربردهای نام‌آشنایی ازجمله پیکاپ گرامافون، میکروفون‌ها، مولدهای ماوراء صوت و حسگرهای سونار از خاصیت پیزوالکتریک استفاده می‌کنند. در پیکاپ گرامافون همچنان که قلم، شیارهای رکورد را می‌پیماید یک اختلاف فشار به ماده پیزوالکتریک موجود در پیکاپ وارد می‌شود که نهایتاً به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. این سیگنال قبل از ورود به بلندگو تقویت می‌شود. خاصیت پیزوالکتریک یک ویژگی مواد کریستالی دارای ساختار پیچیده بدون تقارن است. رفتار پیزوالکتریک یک پلی‌کریستال به‌وسیله گرم کردن بالاتر از دمای کوری و سپس خنک کردن تا دمای اتاق در مجاورت میدان الکتریکی قوی بهبود می‌یابد.

اثر پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است. این اثر را برادران کوری، "پیر و ژاک کوری" در دهه ۱۸۸۰ کشف کردند.

موادی که این پدیده را از خود بروز می‌دهند، مواد پیزوالکتریک نامیده می‌شوند. اثر پیزوالکتریک در انواع بسیاری از مواد ازجمله تک‌بلورها، سرامیک‌ها، بسپارها و مواد مرکب دیده می‌شود. تولید اختلاف‌پتانسیل الکتریکی در برخی بلورهای نارسانا مثل کوارتز تحت کشش یا فشار معکوس هم‌اند و هرچه میزان فشار یا کشش بیش‌تر باشد، اختلاف‌پتانسیل تولیدشده بیش‌تر است. اثر پیزوالکتریک معکوس به معنی تغییر شکل آن‌ها براثر اعمال اختلاف‌پتانسیل الکتریکی است. اگر دو وجه روبرویی در هر یک از این بلورها را به اختلاف‌پتانسیل متناوب الکتریکی وصل کنیم، تغییر شکل متناوبی در آن رخ می‌دهد و به ارتعاش درمی‌آید.

اکنون این تکنیک جدید می‌تواند تولید انرژی الکتریکی از راه رفتن را افزایش دهد.

با ادامه تغییرات اقلیمی جهان، خطرات مهمی سلامتی انسان، اکوسیستم‌ها و اقتصاد دنیا را تهدید می‌کند. درحالی‌که بحران شیوع ویروس کرونا به محیط‌زیست برای بازیابی و نفس کشیدن از دست انسان‌ها کمک کرد، اما این قرنطینه‌ها و اعمال محدودیت‌ها دائمی نیست و این موضوع، روش خوبی برای جلوگیری از تغییرات اقلیمی نیست.

درنتیجه، دانشمندان در سراسر جهان در تلاش هستند تا روش‌های پاک و کم‌خطری برای تولید انرژی بیابند.

اکنون محققان موسسه فناوری "مندی" هند در تلاش برای ارائه راه‌حل‌های جدید، راهی جدید برای تولید برق از طریق جابجایی انسان (پیاده‌روی) یافته‌اند.

محققان آرایش جهت قطبش جدیدی را برای مواد پیزوالکتریک پیشنهاد کردند که به‌منظور افزایش توان خروجی چنین مواد پیشرفته‌ای طراحی‌شده است تا در هنگام قرار گرفتن در معرض فشار، انرژی مکانیکی و انرژی الکتریکی را با نرخ بهره‌وری بالایی به یکدیگر تبدیل کنند.

از مواد پیزوالکتریک می‌توان در شرایط مختلف استفاده کرد  به‌عنوان‌مثالاگر به‌عنوان کاشی‌های کف نصب شوند، می‌توانند از طریق راه رفتن انسان، انرژی الکتریکی تولید کنند و این کارکرد در مورد کف جاده‌ها و وسایل نقلیه نیز وجود دارد، جایی که می‌توان از انرژی حاصل برای تأمین انرژی چراغ‌های خیابان و چراغ‌ها و تابلوهای راهنمایی استفاده کرد.

اگر از این مواد در یک مکان شلوغ استفاده شود، می‌تواند برای وسایل حتی بزرگ‌تر نیز انرژی کافی تولید کند. اگرچه این به نظر عملی انقلابی می‌رسد، اما واقعیت ناراحت‌کننده این است که انرژی تولیدشده از این مواد تاکنون بسیارکم بود و کاربردهای واقعی آن‌ها را به استفاده در تجهیزات کم انرژی محدود می‌کرد.

درواقع مواد پیزوالکتریک تاکنون انرژی بسیارکمی برای کاربردها در دنیای واقعی تولید می‌کردند، اما تکنیک جدید محققان هندی درهای جدیدی را به‌سوی کاربردهای واقعی وسیع‌تر باز کرده است.

"راهول وایش" یکی از محققان ارشد این تحقیق گفت: ما روشی را توسعه داده‌ایم که به‌عنوان "قطبش درجه‌بندی‌شده" شناخته می‌شود تا توان تولیدی مواد پیزوالکتریک را بیش از ۱۰۰ برابر افزایش دهد.

محققان راهی برای تبدیل انواع فشارهای مکانیکی ازجمله فشارهای خمشی، عمودی و کششی به انرژی برق پیدا کردند.

پیشرفت‌های قابل‌توجهی که از طریق این تکنیک جدید امکان‌پذیر است، دریچه‌ای را برای توسعه طرح‌های پیزوالکتریک در دنیای واقعی باز می‌کند که ازنظر تئوریک قادر به تأمین انرژی حمل‌ونقل شهری در مقیاس جهانی است.

مواد پیزوالکتریک (اگر با موفقیت به‌طور گسترده استفاده شوند و انرژی کافی تولید کنند) می‌توانند برنامه‌های کاربردی بی‌شماری ازجمله شارژ کردن تلفن‌های هوشمند با راه رفتن انسان داشته باشند.

در حال حاضر، محققان در تلاش هستند تا یافته‌های خود را بهبود بخشند و پیش‌بینی دقیق‌تری در مورد تأثیرات این روش جدید بر روی خواص مکانیکی مواد پیزوالکتریک به‌دست آورند

این مطالعه یک اتفاق هیجان‌انگیز است، اما هنوز خیلی مانده است تا تبدیل به یک واقعیت در دنیای واقعی برای سایر اشکال تولید انرژی در مقیاس بزرگ به شکل رایج و پایدار شود.

 

barghnews.com

مقالات مرتبط

نسل جدید نیروگاه‌های هسته‌ای کوچک، ایمن، کم‌هزینه
مقالات نیروکالا

نسل جدید نیروگاه‌های هسته‌ای . . .

درحالی‌که در هر گوشه دنیا نیروگاه‌های هسته‌ای غول‌پیکر برای تولید انرژی از سال‌ها پیش فضای بسیاری از سطح زمین را تحت تصرف خود درآورده‌اند، امروز جهان به سمت ساخت نیروگاه‌های کوچک حرکت می‌کند.

مشاهده مقاله
آشنایی با شبکه‌های توزیع (قسمت آخر)
مقالات نیروکالا

آشنایی با شبکه‌های توزیع (قسم . . .

در قسمت پایانی به هادی‌ها، پایه‌ها، مقره‌ها، یراق‌آلات خطوط هوایی شبکه‌های توزیع، کنسول، کراس آرم و آرایش پایه‌ها، محاسبات الکتریکی خطوط هوایی، حریم خطوط هوایی شبکه‌های توزیع، محاسبات مکانیکی خطوط هوایی توزیع، مسیریابی و نقشه‌برداری خطوط . . .

مشاهده مقاله

به مجموعه بزرگ نیرو کالا بپیوندید

نیرو کالا بانک جامع نیروگاه ها ، شرکت ها و متخصصین حوزه برق و انرژی